不同菌株对镉的吸附效果

[目的]筛选对镉有高耐性的菌株,为探究重金属污染微生物修复技术提供理论依据。[方法]以DN-1和DN-2为供试菌株,在不同培养时间、培养温度、pH、镉离子初始浓度的条件下,研究不同菌株对镉离子的吸附效果。[结果]培养3 d时菌株DN-1和DN-2对镉离子的吸附率最大,分别为61.92%和89.57%;2种菌株对镉离子的最佳吸附温度为30℃。菌株DN-1和DN-2分别在pH为8和6时吸附率最高;镉离子初始浓度为80~200 mg/L时,DN-2吸附率明显高于DN-1。透射电镜观察发现,与未经处理的菌株相比,经镉离子处理后的菌株细胞表面及胞内有沉淀物聚集,细胞内部结构发生明显变化。[结论]菌株DN-1和DN-2对镉离子具有一定耐受性,吸附效果明显。胞外吸附和胞内沉淀可能是菌株吸附重金属的重要途径。     

耐镉细菌菌株的分离及其吸附镉机理研究

从重金属镉污染稻田土壤中筛选到两株对镉具有较强耐性的细菌菌株LCd1和LCd2。通过形态学观察、常规生理生化鉴定以及16S rDNA同源性分析,菌株LCd1和LCd2分别被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)。这两株菌株分别在LB固体培养基上耐受400 mg·L^-1和300 mg·L^-1 的Cd²⁺,在LB液体培养基中耐受80 mg·L^-1和50 mg·L^-1的Cd²⁺。设计实验研究了两株菌株对7种重金属离子的吸附情况,结果显示两株菌都对铅和镉有较高的吸附率,对重金属Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的吸附情况则不同,表明两株菌对不同重金属的耐性机制可能存在差异。利用扫描电镜观察发现,与未处理的菌株相比,镉处理菌体表面粗糙,出现不规则凸起,有大量沉淀物聚集,说明胞外沉淀可能是菌株吸附重金属的一个重要途径。进一步通过红外光谱研究了两菌株积累镉及多种重金属离子前后细胞壁表面化学基团的变化情况,结果发现两株菌可能由于本身性质不同,其细胞壁上参与镉及多种重金属吸附的基团不尽相同。     

2株耐镉微生物的筛选及其对镉的吸附钝化差异机制

目的]从镉污染土壤中筛选2株耐镉微生物,并对其吸附钝化特征进行初步探究。[方法]选用系列梯度含镉固体培养基,进行耐镉微生物的筛选,并通过16S rRNA基因序列比对进行初步鉴定。将2株耐镉菌在含50 mg·L~(-1)镉离子的LB液体培养基中培养,通过实时监测菌液D_(600)值、p H值及胞外聚合物的变化,明确其在镉胁迫下对镉的吸附钝化差异机制。[结果]筛选获得2株具有较强耐镉能力的菌株(ZXH21和ZXH23),在镉质量浓度为600 mg·L~(-1)的固体LB培养基上生长良好。经16S rRNA鉴定,分别为无色杆菌属(Achromobacter sp.ZXH21)和假单胞菌属(Pseudomonas sp.ZXH23)。2株菌在镉质量浓度为50 mg·L~(-1)的液体培养基培养过程中,对镉离子均有一定的吸附钝化能力,2株菌对镉的去除效果相近,菌株ZXH21和菌株ZXH23对镉的最大去除率分别为36.5%和33.7%。2株菌对镉的去除机制均以胞外吸附为主,吸收为辅,但吸附率和吸收率不同。在72 h时,菌株ZXH21的吸附率和吸收率分别为25.3%和0.6%,菌株ZXH23的吸附率和吸收率分别为30.6%和0.1%,菌株ZXH21吸收率为菌株ZXH23的6倍。[结论]菌株ZXH21比菌株ZXH23有更强的耐镉生长能力及稳定的去除潜力,菌株ZXH21去除镉的主要机制是生物量的增加以及分泌可溶性多糖。菌株ZXH23去除镉的主要机制可能是表面吸附以及分泌不可溶性蛋白和不可溶性多糖。     

外源NO对镉胁迫下长春花质膜过氧化ATP酶活性及光合特性的影响

为了解镉胁迫下外源NO对地被植物生理响应的调控机制,采用盆栽试验研究了外源ＮＯ（ＳＮＰ）对镉胁迫下长春花幼苗生长、活性氧代谢、质膜ＡＴＰ酶活性及光合特性的影响。结果表明,外施１００ μｍｏｌ·Ｌ－１ ＳＮＰ能缓解２５ ｍｇ·ｋｇ－１镉胁迫对长春花幼苗生长的抑制,增加叶长、叶宽、株高、基径和生物量。与镉胁迫相比,施用ＳＮＰ能够降低叶片和根系中丙二醛（ＭＤＡ）、过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）含量和过氧根离子自由基（Ｏ-2·）产生速率,提高过氧化氢酶（ＣＡＴ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性及还原型谷胱甘肽（ＧＳＨ）含量。ＳＮＰ能显著缓解镉胁迫对叶绿素ａ（Ｃｈｌａ）、叶绿素ｂ（Ｃｈｌｂ）和总叶绿素的抑制,提高叶片净光合速率（Ｐｎ）、气孔导度（Ｇｓ）、蒸腾速率（Ｔｒ）和气孔限制值（Ｌｓ）,降低胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）和瞬时光能利用效率（ＬＵＥ）。同时,外源ＮＯ能诱导叶片和根系中质膜Ｈ＋-ＡＴＰａｓｅ和Ｃａ２＋-ＡＴＰａｓｅ活性提升到正常水平（对照）。但外施１００ μｍｏｌ·Ｌ-1 ＮＯ分解产物NaNOx或ＳＮＰ相似物Ｎａ３Ｆｅ（ＣＮ）６对镉胁迫则无明显缓解作用。因此,外源ＮＯ可通过提高活性氧清除能力,增加叶绿素含量,增强质膜ＡＴＰ酶活性,从而提高叶肉细胞光合能力,加强离子跨膜运输和信号转导,缓解镉胁迫对细胞质膜的损伤。     

茉莉酸甲酯对小麦幼苗生长及镉积累的影响

为探讨茉莉酸甲酯（Methyl jasmonate,MeJA）对镉胁迫下小麦幼苗生长发育和镉积累的作用及可能机制,本试验采用叶面喷施激素的水培方法,分析1 μmol·L^-1和100 μmol·L^-1 MeJA对镉胁迫下小麦幼苗生长、根系形态、光合特性及镉吸收分配的影响。结果表明,相较于清水对照,1 μmol·L^-1 MeJA可以显著提高小麦幼苗生物量15%~30%,降低小麦整株镉含量14%~43%。MeJA可提高小麦幼苗的根长、根表面积和根体积,以及净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,但降低胞间CO₂浓度。除此以外,1 μmol·L^-1 MeJA可以显著降低根系离子态镉、有机酸-镉所占比例,提高果胶/蛋白质吸附镉和不溶性草酸镉所占比例。由此可见,叶面喷施MeJA可以降低小麦幼苗根系镉吸收能力,提高干物质积累,降低幼苗镉含量,促进活性态镉向惰性镉的转化,缓解镉毒害。     

植物耐受镉的细胞机制研究进展

综述植物细胞水平上对重金属镉耐性机制的研究进展。一方面胞外作用,主要包括根系分泌物的螯合、细胞壁吸附固定和菌根化作用,减少根系吸收Cd进入细胞质;另一方面胞内作用,主要包括细胞质内的金属硫蛋白、谷胱甘肽、植物络合素、有机酸、氨基酸、非蛋白巯基等物质与Cd结合,通过区室化作用将这些Cd-结合物隔离于液泡中,同时抗氧化系统的响应清除氧化伤害,减少或解除Cd毒性和提高植物耐性。     

一株协助寄主植物缓解镉胁迫的芽孢杆菌筛选及其耐镉机制

为研究植物内生细菌在缓解寄主植物镉污染中的作用,通过离体条件下耐镉活性鉴定,筛选了5株根围细菌和内生细菌,其中内生细菌菌株1JN2在以辣椒和黄瓜作为寄主进行的盆栽试验中能够增强寄主植物对镉的耐受性,与空白对照(不接种菌株、硫酸镉溶液培养)相比,黄瓜和辣椒叶绿素含量分别增加10.85%、20.14%,根系活力分别增加363.32%、525.51%,组织中镉离子浓度分别降低23.34%、40.39%,在5株细菌中对镉胁迫植物综合保护效果最佳。该菌株经形态学和分子学鉴定为枯草芽孢杆菌。扫描电镜检查发现,1JN2在镉离子处理后24 h开始进行菌体自我复原,在48 h出现胞外多糖固化现象。     

镉胁迫下硅对水稻幼苗生长与生理响应的影响

以水稻(Oryza sativa L.)"辽粳9"为试验对象,在消除阳离子影响的条件下,通过水培试验,研究镉胁迫下硅对水稻幼苗的生长与生理响应的影响。试验设置5个处理,除对照外,各处理初始镉离子(Cd~(2+))浓度均为1 mg·L~(-1),施硅量(以SiO_2计)依次为0、50、100、150 mg·L~(-1)。结果表明:镉胁迫下,水稻幼苗生长受到抑制,施硅显著地提高了水稻茎叶和根的干重;镉胁迫下,水稻幼苗过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量受到诱导而处于较高水平,过氧化氢酶(CAT)活性受到抑制;随施硅量的增加,POD活性逐渐降低(P0.05),CAT活性逐渐增加(P0.05),MDA含量降低(P0.05);镉胁迫下,水稻细胞受到损伤出现质壁分离现象,叶绿体基粒、片层模糊并且排列紊乱,线粒体膜部分破裂解体、嵴模糊甚至消失;施硅使水稻叶片细胞结构趋于完整、有序,叶绿体内淀粉粒数目增多、嗜锇颗粒减少并变小、片层排列逐渐整齐,线粒体及其嵴的数目增多、双层膜结构逐渐恢复。综合来看,镉胁迫下施硅促进水稻幼苗生长,缓解逆境生理响应,改善细胞超微结构,增强其抗镉胁迫能力。本试验条件下,硅施加量为150 mg·L~(-1)时,水稻幼苗缓解镉胁迫效果最好。     

不同镉耐受性香菇子实体对镉胁迫的生理响应

为进一步解析镉胁迫对不同镉耐受性香菇菌株生长发育的影响,明确镉胁迫下香菇子实体不同发育阶段生理变化规律,以不同镉耐受性香菇菌株为材料,通过外源添加镉的方式探究两个菌株不同发育阶段子实体中镉含量、丙二醛（MDA）含量、可溶性蛋白含量的变化规律。结果表明：镉胁迫对两个菌株子实体农艺性状和产量都产生影响,但不同镉耐受性菌株受影响的农艺性状和受影响程度不同。菌株4606受到镉胁迫后的菌盖直径、菌盖厚度显著降低,其余农艺性状未受到显著影响;菌株4625受到镉胁迫后的单棒子实体个数、单棒产量显著降低,单菇质量、菌盖质量极显著升高,其余农艺性状未受到显著影响。两个菌株不同生长发育阶段单位干质量子实体中镉含量均有随着生长发育时间的延长而显著降低的趋势。受到镉胁迫后菌株4606的MDA含量在生长期显著升高,成熟期显著下降,开伞期极显著降低;菌株4625受到镉胁迫后开伞期的MDA含量显著降低,其余阶段未受到显著影响。菌株4606对照组与镉胁迫处理组的可溶性蛋白含量均随生长时间延长显著降低,菌株4625对照组与镉胁迫处理组的可溶性蛋白含量均随生长时间延长先显著升高后显著降低;镉胁迫导致菌株4606开伞期的可溶性蛋白含量显著降低,而菌株4625在原基期、生长期、开伞期的蛋白含量均极显著升高。综上,不同镉耐受性香菇菌株子实体对镉胁迫的生理响应存在一定差异,因此,在香菇生产上应选取低镉吸收品种进行农业生产。     

镉胁迫下硅对水稻幼苗根生物量及其镉含量的影响

为阐明硅缓解镉对水稻幼苗的毒害机制提供理论依据,采用溶液培养试验,研究不同浓度的硅对镉胁迫下水稻幼苗根生物量及其镉含量的影响.结果表明:在硅镉胁迫下(4 mg/L),SiO2浓度30～180 mg/L范围内,随着浓度的增加,根鲜重和干重呈现出增加趋势,当浓度≥30 mg/L时,根鲜重分别为无镉胁迫处理的68.02%、85.59%、86.63%、84.25%,根干重分别为无镉胁迫处理的86.25%、92.22%、99.66%、95.99%;浓度为130 mg/L时,根的干重接近无镉胁迫处理的生物量;在镉胁迫下,经SiO2缓解的根的镉含量均比无SiO2缓解的低.     

污染土壤中耐镉菌株的筛选、鉴定及吸附试验研究

从镉含量超标的土壤中分离驯化出具有耐镉能力的菌株14株。16S rDNA序列鉴定,可知铜绿假单胞菌占72%,属于优势菌群。对耐镉菌株分别进行镉和铅的吸附试验研究,选出吸附效果最好的两株菌Z11和Z13,同时观察温度和pH对两株菌生长量的影响,在最佳生长条件时绘制菌的生长曲线。结果表明,菌Z11对污染土中镉和铅的吸附率分别达到40%和47%,菌Z13分别达到47%和33%。两株菌生长最适温度均为20～25℃,都不能耐高温。Z11和Z13最适生长pH分别为7～9和5～7。     

一株代尔福特菌的分离及其对Cd吸附机制研究

微生物修复Cd污染技术的关键是获得对Cd具有较高耐性和较强固持能力的菌株,而微生物的修复效果与其对Cd的固持机制密切相关。本研究从重金属污染土壤中分离筛选出一株对Cd吸附率较高的菌株M6,采用批量吸附试验及扫描电镜（SEM）、傅里叶变换-红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱分析（XPS）等技术探究菌株对Cd的固持效果及机理。16S rRNA序列分析结果表明M6与代尔福特菌（Delftia sp.12,登录号KJ191561.1）的同源性达到100%,初步鉴定为代尔福特菌。在pH=7、温度为35℃、培养时间为48 h、初始Cd浓度为10 mg·L^-1时,M6对Cd吸附率最高,达71.8%。Cd浓度在10~100 mg·L^-1时,随着Cd浓度升高,M6对Cd吸附量逐渐增大,最大吸附量为36.73 mg·L^-1。通过测定M6胞内和胞外Cd含量发现,M6对Cd的固持作用包括胞内积累和胞外吸附。SEM扫描发现,吸附Cd后菌体表面出现沉淀物; FTIR结果发现菌体表面多种官能团参与Cd吸附过程。XPS结果表明Cd在菌体表面可能以Cd（OH）₂和CdCO₃形式存在。综上,菌株M6对Cd具有较强的耐性和较佳的固持能力,其固持机制包括胞内积累、胞外吸附和胞外沉淀。     

不同磷酸盐下红壤对镉离子的吸附-解吸特征

采用等温吸附法研究了红壤对镉离子的吸附特性,分析加入不同形态的磷酸二氢盐(磷酸二氢铵、磷酸二氢钾和磷酸二氢钙)对镉离子吸附-解吸特征的影响.结果表明,在加入镉浓度O～20 mg·L-1范围内,红壤对镉离子的吸附量随平衡液中镉离子浓度的升高而增加,吸附等温线符合Freundlich方程.土壤吸附镉离子后,在磷添加浓度为0-160 mg·L-1下,土壤对镉离子的等温吸附仍然符合Freundlich方程(R20.94),但磷酸盐对镉离子吸附具有明显影响;磷酸二氢钙使镉离子的最大吸附量降低了2.5%～7.9%,使镉离子的吸附率降低10%～20%,而磷酸二氢铵和磷酸二氢钾对镉离子的吸附特征无明显影响.随加入磷量的增加,3种磷酸盐下镉离子解吸量和解吸率均显著降低,解吸量降幅为15.8%～27.8%,解吸率降低了3.7%～9.5%;但在低镉时磷酸二氢钙对红壤镉离子的解吸率显著高于磷酸二氢铵和磷酸二氢钾.由于Ca2+与Cd2+之间存在较强的竞争吸附,使得磷酸二氢钙对红壤镉离子吸附-解吸的影响大于磷酸二氢铵和磷酸二氢钾.     

外源NO对镉胁迫下萝卜种子萌发及幼苗生理特性的影响

为探究外源NO对萝卜镉胁迫的缓解作用,以重度镉胁迫(0.5 mmol/L)下的萝卜品种春红1号为试验材料,以不同浓度的SNP(0、25、50、100、150、200μmol/L)为NO供体材料,研究不同浓度SNP对镉胁迫下萝卜种子萌发及幼苗生理特性的影响。结果表明,高浓度的镉离子对萝卜生长有严重抑制作用,施加50～100μmol/L SNP能够促进萝卜种子发芽,增加萝卜幼苗光合色素含量,提高过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性。适宜浓度的NO可有效缓解镉胁迫对萝卜种子和幼苗的毒害。     

镉胁迫下硅对草莓生长及生理特性的影响

在中和硅酸钾的碱性和消除钾离子影响的基础上,通过水培试验研究了镉胁迫下硅对草莓生长及生理特性的影响.结果表明:供硅可减轻镉对草莓叶片的伤害,提高镉胁迫下植株的相对生长速率和根冠比,增加植株生物量;硅能提高光合色素含量,降低镉胁迫下草莓叶片和根系的质膜透性,使叶片丙二醛含量减少,减轻膜脂过氧化程度;适量浓度的硅可使游离脯氨酸和可溶性糖含量保持在一定水平,保证植株在镉胁迫条件下对水分的吸收和利用;镉胁迫下,草莓叶片SOD、POD、CAT活性降低,供硅可提高SOD、POD、CAT活性,减轻活性氧及自由基对草莓叶片的毒害.上述结果说明,供硅改善了草莓逆境生理状况,缓解了镉的毒害作用,促进了草莓的生长发育.     

耐镉微生物的筛选及其吸附能力研究

以桃园土壤为试验材料,从中筛选出3株分别耐0.5、40.0、60.0mg/L镉的细菌Cd-R-1、Cd-R-2和Cd-R-3.并对其耐镉遗传稳定性、镉吸附能力、对种子发芽率的影响等方面进行研究.结果表明,所获得的3个菌株均具有稳定的耐镉特性;菌株Cd-R-1对镉吸附能力最强,吸附率达到76.6%,Cd-R-2、Cd-R...     

叶面喷施褪黑素对镉胁迫下豌豆生长及镉含量的影响

为探明褪黑素对植物镉胁迫的影响，以中豌6号为试验材料，开展了镉胁迫下叶面喷施褪黑素对豌豆生长、光合特性、抗氧化酶活性、镉吸收及转移的影响研究。结果表明，镉胁迫显著抑制豌豆的生长，叶面喷施褪黑素可以显著缓解镉胁迫的伤害，促进豌豆生长，增加SPAD值、改善光合性能，提高抗氧化酶活性，并且显著降低豌豆幼苗不同部位的镉含量。与无镉胁迫、不喷褪黑素相比，喷施褪黑素Cd生物富集系数和转运系数分别降低37.50%和16.89%。叶面喷施褪黑素可以降低豌豆幼苗的镉吸收，缓解镉胁迫的伤害。     

三乙胺改性木屑处理含铜、镉重金属离子废水的研究

试验研究了改性木屑对废水中铜、镉重金属离子的吸附能力,结果表明：在温度为30℃、pH为8的条件下,三乙胺改性木屑对在400mg/kg以内的铜离子吸附率基本保持在99.99%,之后随着铜离子初始浓度的增加而陡然变小;改性木屑对100mg/kg以内的镉离子吸附率基本保持在99.69%,之后随着镉离子初始浓度的增加而陡然变小。总体上看,三乙胺改性木屑对铜离子的吸附能力强于镉离子。     

外源NO对镉胁迫下大豆幼苗生理特性的影响

为探究外源NO对大豆镉胁迫的缓解作用,以高浓度镉胁迫(0.5 mmol/L)下的大豆品种晋豆48号为试验材料,以外源硝普钠(SNP)为NO供体材料,研究不同浓度SNP(0、50、100、150、200、300μmol/L)对镉胁迫下大豆幼苗期生理特性的影响。结果表明,高浓度镉离子对大豆生长有严重抑制作用,施加100μmol/L SNP能够促进大豆幼苗生长,增加大豆幼苗光合色素含量,提高过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,降低根尖的O_2~-产生速率和H_2O_2含量。适宜浓度的NO可有效缓解镉胁迫对大豆幼苗的毒害。     

红壤和褐土中磷的吸附及其对镉离子吸附-解吸的影响

采用等温吸附法研究了红壤和褐土磷的吸附特性,并分析了磷吸附后镉离子的吸附-解吸特征.结果表明,在外源磷浓度0～64mg·L-1范围内,供试土壤磷吸附量均随平衡液中磷浓度的升高而增加,吸附等温线符合Langmuir方程,红壤对磷的最大吸附量及吸附反应常数(K)均高于褐土.吸附磷后在镉添加0～5 mg·L-1范围内对镉离子吸附的影响两种土壤表现一致,即镉离子的吸附量随平衡溶液中镉的浓度的升高而增加,二者呈极显著线性相关.但磷吸附量的不同对镉离子的吸附产生一定的影响,表现为低磷抑制、高磷促进镉离子的吸附.当吸附磷的量红壤小于40 mg·kg-1褐土小于37 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而降低,与不施磷处理相比吸附率平均降低了16%和10%左右;当吸附磷的量红壤大于79 mg·kg-1褐土大于70 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而升高,与对照相比吸附率平均升高了11%和6%左右.吸附磷酸根后,在镉离子的吸附量小于10 mg·kg-1时,红壤镉离子的解吸率表现为低磷促进、高磷抑制解吸,而褐土磷的吸附对镉离子解吸率的影响不显著.